[发明专利]一种钻井节流管汇嵌入式自动控制装置

说明书

本发明提供一种钻井节流管汇嵌入式自动控制装置,包括嵌入式控制板；所述嵌入式控制板包括CPU,开关量SSR输出电路；CPU与开关量SSR输出电路连接；SSR输出电路分别与液动平板阀P1、液动平板阀P2、液动平板阀P01、液动平板阀P02连接；液动平板阀P1用于控制主通路；液动平板阀P2用于控制辅助通路；液动平板阀P01和液动平板阀P02用于控制放喷通路。本发明的有益效果是，本发明采用一块嵌入式控制板，实现节流管汇控制系统所需要的硬件平台和输入输出接口，并将其置入尺寸较小的防爆箱内，适应撬装节流管汇多功能化和小型化发展的要求。

技术领域

本发明属于石油钻井工程领域，具体涉及一种钻井节流管汇嵌入式自动控制装置。

背景技术

节流管汇是石油钻采装备的重要组成部分，是控制井涌、实施油气控压钻井的重要设备，对实现安全钻井作业具有重要的作用。在正常钻井作业时，借助于节流管汇，在防喷器关闭条件下，通过节流管汇上的节流阀的开启、关闭或节流阀开度的调节，从而控制套压达到某一工艺设定值来维持井底压力略大于地层压力，防止地层流体流入井内。在实施关井时，可用节流管汇泄压以实现软关井。当井内压力升高到一定极限时，通过节流管汇的放喷工艺可以保护井口，提升钻井作业的可维护性和可持续性。

节流管汇主要由管汇、手动平板阀、液动平板阀(即自动平板阀)、液动节流阀、液压站、传感器和自动控制系统组成。节流管汇各设备的启/停控制、逻辑联锁、状态监控以及工艺参数采集、套压控制和数据通信等功能的实现，依赖于其中的自动控制系统。现有的自动控制系统一般由电源、低压电器、PLC、继电器、接线端子等组成，为了适应防爆环境要求，所有这些部件安装在一个防爆控制箱内。限于市面上标准的低压电器、PLC、继电器和接线端的尺寸和安装间距的要求，节流管汇自动控制系统的尺寸一般都会超过500mm(宽)×700mm(高)×300mm(厚)，不能适应撬装节流管汇多功能化和小型化发展的要求。防爆控制箱难于拆卸，防爆控制箱内低压电器和PLC系统的维护比较费事。此外，基于标准PLC系统实现节流管汇自动控制系统需要进行二次开发才能实现节流管汇要求的设备的启/停控制、逻辑联锁、状态监控以及工艺参数采集、套压控制和数据通信等各项功能,操作复杂成本高昂且容易出现安全事故。

发明内容

为了解决现有技术中采用PLC的控制设备体积较大，不能满足撬装小型化需求，需要二次开发和成本高安全性低的问题，本发明提供一种钻井节流管汇嵌入式自动控制装置,包括嵌入式控制板；

所述嵌入式控制板包括CPU,开关量SSR输出电路；

CPU与开关量SSR输出电路连接；

所述CPU执行套压自动控制程序；

所述套压自动控制程序包括以下步骤：

获取套压测量值P_PV(k)和节流阀开度测量值V_PV(k)；

获取套压值的偏差P_DEV(k)；

对套压偏差值进行PID计算，获取V_SV(k)；

对获得的套压值按下列PID算式进行PID计算，采用以下公式获得液动节流阀的开度设定值V_SV(K)：

V_SV(k)＝V_SV(k-1)+ΔV_SV(k)，

式中，K_pp为比例系数；T_pi为积分时间，单位为秒；T_pd为积分时间，单位为秒；

采用以下公式计算节流阀开度的偏差

V_DEV(k)＝V_SV(k)-V_PV(k)；

采用以下公式计算节流阀开度的控制量V_CV(k)，